Ученые из Онтарийского технологического университета в Канаде разработали концепцию атомного энергетического комплекса, который сможет одновременно производить электроэнергию, водород и пресную воду. В расчетном режиме установка способна выдавать около 1,08 ГВт электроэнергии, более 58 тысяч тонн водорода в год и свыше 15 млн. м3 пресной воды.
В качестве основы для комплекса ученые выбрали перспективный водоохлаждаемый реактор на сверхкритических параметрах тепловой мощностью 2540 МВт. В таком реакторе вода находится под очень высоким давлением и может нагреваться значительно сильнее, чем в обычных водоохлаждаемых реакторах. В предложенной модели температура теплоносителя на выходе достигает 625 oC при давлении 25 МПа.
Высокая температура позволяет использовать энергию реактора сразу для нескольких задач. Основная часть тепла идет на производство пара, который вращает турбины и вырабатывает электроэнергию. Еще 622,2 МВт тепловой мощности направляют на получение водорода. Для этого ученые предложили использовать медно-хлорный термохимический цикл, в котором вода расщепляется на водород и кислород в результате последовательности химических реакций. В отличие от электролиза, такой процесс не требует электричества непосредственно для расщепления воды. Необходимую энергию он получает в виде тепла. Самая высокотемпературная стадия проходит при 530 oC, поэтому реактор способен обеспечить необходимые условия.
Затем водород проходит через пять ступеней компрессоров, где его давление повышается до 700 бар. Это позволяет существенно уменьшить объем, необходимый для хранения газа. На работу компрессоров требуется около 27,3 МВт электроэнергии. При базовых параметрах комплекс производит 2,016 кг водорода в секунду, или около 58000 тонн при работе 8000 часов в год.
Еще одной частью системы стала установка для опреснения морской воды. После прохождения через турбины пар необходимо охладить и превратить обратно в воду. Выделяющееся при этом тепло обычно приходится отводить, однако ученые предложили использовать его для испарения морской воды. За счет этого комплекс сможет производить около 42200 м3 пресной воды в сутки. При увеличении количества направляемого на опреснение пара производительность может превысить 60000 м3 в сутки.
Расчеты показали, что общая энергетическая эффективность системы может достигать 43%. Ученые также оценили возможную стоимость производимого водорода. При сроке эксплуатации комплекса 30 лет, работе 8000 часов в год и стоимости электроэнергии 50 долларов за МВт·ч она составила 4,61 доллара за кг. При расчете учитывались доходы от одновременно производимых электроэнергии и пресной воды.
Предложенный комплекс пока существует только в виде компьютерной модели. Ученые рассматривали возможность его размещения в канадской провинции Нью-Брансуик, где уже работает АЭС Point Lepreau. Однако речь идет не о модернизации действующей станции, а о строительстве нового реактора поколения IV. Так называют перспективные ядерные реакторы, которые разрабатываются с расчетом на повышение эффективности и безопасности. В дальнейшем ученые планируют усовершенствовать модель, чтобы определить наиболее эффективное соотношение между производством электроэнергии, водорода и пресной воды.
